Ciclo Celular

Las células atraviesan un ciclo metabólico con varias etapas bien definidas, cada una de ellas gobernada por eventos específicos que forman parte de la vida de una célula. El detalle de cada etapa se profundizará en ulteriores artículos. Sin embargo, a modo orientativo, se muestra a continuación un breve resumen del ciclo celular con todas las fases (Figura 1). En el post de hoy, nos centraremos en las fases denominadas S y M; etapas en las que ocurre la duplicación del material genético y la división celular.

División celular:

El proceso de división celular comienza con la duplicación del contenido de la célula, seguido de la distribución de este contenido en dos células hijas. La duplicación de los cromosomas ocurre durante la fase S del ciclo celular y la mitosis en la fase M, mientras que la mayoría de los demás componentes son duplicados continuamente a lo largo del ciclo celular.

Una vez completa la duplicación del ADN (fase S), la célula atraviesa la fase G2 y entra dramáticamente en la fase M. Esta última comprende a la Mitosis proceso en el que las cromátides hermanas son separadas y distribuidas (segregadas) en un par de núcleos idénticos, cada uno con una copia propia del genoma. Es decir, cada célula nueva es un clon de la predecesora.

Fase S del Ciclo Celular:

Los cromosomas lineales de las células eucariotas son ensamblados dinámicos de ADN y proteínas. Su duplicación es un complejo proceso que ocupa la mayor parte del ciclo celular. En esta etapa no sólo debe duplicarse cada molécula de ADN de manera fiel y precisa, sino que también debe ocurrir el empaquetamiento de estas cadenas de ADN con las proteínas denominadas histonas, en regiones específicas del ADN. Este evento debe reproducirse de manera que cada célula hija herede todos los rasgos de la estructura cromosómica.

Una célula debe resolver dos problemas cuando se inicia y completa la replicación de su material genético. Primero, la replicación debe ocurrir de manera precisa para minimizar el riesgo de aparición de mutaciones en la nueva generación de células. Segundo, cada nucleótido debe ser copiado una vez y sólo una vez para prevenir los daños de la amplificación genómica.

La replicación del ADN comienza en los denominados orígenes de replicación, zonas específicas del ADN que se hallan dispersas en numerosas localizaciones en cada cromosoma. Durante la fase S, la iniciación de la replicación ocurre en estos orígenes de replicación cuando una maquinaria especializada de proteínas (proteínas iniciadoras) desenvuelven o relajan la doble hélice en la zona del origen y permiten la adhesión de enzimas de replicación en los dos templados de ADN simple cadena. Este evento da lugar a una fase de elongación que ocurre cuando la maquinaria de replicación se mueve desde el origen hacia dos horquillas de replicación (se profundizarán estos conceptos en próximas entradas).

Para asegurar que la replicación de los cromosomas ocurra una sola vez por ciclo, la iniciación de la replicación se divide en dos pasos que ocurren en diferentes tiempos del ciclo celular. El primer paso tiene lugar en la mitosis tardía y comienzo de G1, cuando un complejo de proteínas iniciadoras (complejo prerreplicativo, o pre-RC) se ensambla en el origen de replicación. El segundo paso ocurre al comienzo de la fase S cuando los componentes del pre-RC nuclean la formación de un complejo aún mayor denominado complejo de preiniciación. Este último relaja la doble hélice del ADN y permite que las ADN-polimerasas y otras enzimas replicativas se unan a las cadenas comenzando la duplicación del material genético. Una vez que el origen de replicación está activado, el pre-RC se desmantela y no puede ser reensamblado en ese origen de replicación hasta la próxima fase G1. Es decir, los orígenes de replicación solo pueden ser activados una vez por ciclo (Figura 2).

La Mitosis se divide tradicionalmente en 5 etapas:

Profase

Los cromosomas replicados (ahora hay 2 copias de cada cromosoma dentro del núcleo) se encuentran estrechamente asociados en Cromátides Hermanas con el ADN condensado. Fuera del núcleo, le huso mitótico se ensambla entre los dos Centrosomas, los cuales se han replicado y se separan hasta enfrentarse. Para una mejor comprensión, solo se esquematizan 2 cromosomas (Figura 3). En las células diploides, debe haber 2 copias de cada cromosoma presentes en el núcleo. Por ejemplo, las células somáticas humanas poseen 23 pares de cromosomas (n=23), es decir, 46 cromosomas: 23 maternos y 23 paternos (2n=46). En la fase S, los 23 cromosomas paternos se duplican y los 23 cromosomas maternos se duplican. En total, en esta etapa hay 92 cromosomas que deben separarse para dar 2 células hijas con 46 cromosomas cada una (23 paternos y 23 maternos, Figura 3).

Prometafase

Esta etapa comienza abruptamente con la desorganización de la envoltura nuclear. En este momento, los cromosomas pueden unirse al huso mitótico a través de sus cinetocoros y comenzar a moverse (Figura 4).

Metafase

Los cromosomas se alinean en el ecuador del huso mitótico, a medio camino de los polos del huso. Los cinetocoros de las cromátides hermanas, se unen a los microtúbulos del huso y cada una está dirigida a los polos opuestos de la célula (Figura 5).

Anafase

Las cromátides hermanas se separan sincrónicamente para formar dos cromosomas hermanos y cada uno es desplazado a los polos de la célula en división. Este movimiento es producto del acortamiento de los microtúbulos del huso (Figura 6).

Telofase

Durante la telofase los dos sets de cromosomas se ubican en los polos del huso mitótico y se pierde su condensación. La envoltura nuclear se reensambla alrededor de cada set de cromosomas conformando dos nuevos núcleos y marcando el fin de la mitosis. La división del citoplasma comienza con la contracción del anillo contráctil del citoplasma (Figura 7).

Citocinesis

Cuando la mitosis se completa, el segundo evento importante observado en la fase M es la Citocinesis, evento que divide a la célula en dos. En esta etapa el citoplasma se divide en dos como consecuencia de la contracción del anillo de filamentos de actina y miosina para formar dos células hijas, cada una con un núcleo propio (Figura 8).

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Referencias

Soy Licenciada en Ciencias Biológicas y tengo un PhD en Química Biológica. Escribo esta página basada en mi experiencia como docente e investigadora y utilizo fuentes de información confiables para la redacción de los artículos que dejo a continuación: